原文参考：

  1. https://blog.csdn.net/ldw201510803006/article/details/119767467
  2. https://www.liaoxuefeng.com/wiki/1016959663602400/1017606916795776

前言

[!QUESTION] IO是什么？

  1. IO是计算机内存与外部设备进行数据拷贝的过程。
  2. 由于程序和运行时数据是在内存中驻留，由CPU这个超快的计算核心来执行，涉及到数据交换的地方，通常是磁盘、网络等，就需要IO接操作。

IO模型要解决什么问题

数据读取的基本流程：

  1. 用户发起IO请求
  2. 用过调用read()间接调用内核操作从网卡读取数据
  3. 数据从网卡拷贝到内核缓冲区
  4. 数据从内核缓冲区拷贝到用户缓冲区

这里面设计到三个硬件：CPU，内存，网卡（外部物理设备），这三者的数据操作速度有巨大的差别，用户读取数据时该阻塞等待？非阻塞轮询获取数据？内核回调通知？这些就是IO模型解决的问题。

IO模型的区别

当用户线程发起IO操作后，网络读取操作会发生以下两个过程

  1. 数据从网卡拷贝到内核缓冲区
  2. 数据从内核缓冲区拷贝到用户缓冲区

不同IO模型之间的区别就是：他们实现这两个步骤的方式不同

同步阻塞IO模型（BIO）

什么被阻塞了？用户线程被阻塞了

  1. 用户线程发起IO调用，执行read方法，用户线程阻塞等待，让出CPU
  2. 内核等待网卡数据到来 ==> 数据从网卡拷贝到内核缓冲区==> 数据从内核缓冲区拷贝到用户缓冲区
  3. 内核唤醒用户线程，用户线程执行后续操作

简化版流程图：
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用户进程被阻塞时系统在做什么

对于磁盘IO，直接从磁盘中读取到内核缓冲区（这个过程可以不需要cpu参与）。而对于网络IO，应用程序需要等待客户端发送数据，如果客户端还没有发送数据，对应的应用程序将会被阻塞，直到客户端发送了数据，该应用程序才会被唤醒，从Socket协议找中读取客户端发送的数据到内核空间，然后把内核空间的数据copy到用户空间，供应用程序使用。

同步非阻塞IO模型（NIO）

用户线程不断的调用read方法去内核缓冲区查询数据，如果没有数据则返回失败，当有数据时，在数据从内核缓冲区拷贝到用户缓冲区的过程中，用户线程阻塞，让出CPU，等待数据拷贝完成后，唤醒用户进程。

简化流程图：
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需要注意的是：这里是用户进程去轮询读取数据，和IO多路复用的专用的线程去轮询处理是不同的。

IO多路复用

参考：[[0x400 IO多路复用]]
只是监测数据

异步非阻塞IO模型

用户线程发起 read 调用的同时注册一个回调函数，read 立即返回，等内核将数据准备好后，再调用指定的回调函数完成处理。在这个过程中，用户线程一直没有阻塞。
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异步IO模型中的回调函数通常是在内核数据准备就绪后由内核来调用的，而不是在用户线程中直接调用。这允许用户线程在等待IO操作完成的同时继续执行其他任务，提高了应用程序的并发性和效率。回调函数的执行通常不会阻塞用户线程，它们可以在专门的内核线程或者事件处理线程中执行，或者通过某种机制（如信号）在用户空间中异步执行。

异步非阻塞IO和同步非阻塞IO的区别

异步IO通常适用于需要长时间等待的IO操作，而非阻塞IO适用于需要快速响应的场合。

同步与异步：指应用程序在与内核通信时，数据从内核空间到应用空间的拷贝，是由内核主动发起还是由应用程序来触发；内核主动发起则是异步，反之为同步。